Что такое латунь и где применяется?

Латунь – промышленный сплав, позволяющий снизить затраты на производство продукции, в которой применяются цветные металлы. По сравнению с чисто медными, латунные изделия в несколько раз дешевле.

Свойства

Латунь выглядит как желтовато-белый металлический сплав. Она по цвету немного напоминает бронзу, так как одним из её компонентов является медь. В качестве второго основного металла используется цинк. Но характеристики бронзы и латуни существенно отличаются.

Нагревание сплава оказывает влияние на изменение структуры. При повышении температуры атомы цинка и меди размещаются неупорядоченно. Отсутствие чёткой последовательности делает этот сплав более податливым и пластичным. Температурный предел – 460 градусов. Стоит, однако, охладить латунь ниже данного показателя, как строгая упорядоченность атомов меди и латуни восстанавливается. Чем сплав твёрже, тем он более хрупок.

Материал окончательно плавится при температуре 950 градусов, что относит его к разряду наименее тугоплавких. Благодаря пластичности латунь может не только обтачиваться, но и пройти штампование на одной из характерных стадий конвейерного производства.

Чем больше цинка в латуни, тем более твёрдым и хрупким сплав становится. Однако общая прочность латуни значительно уступает стали. Наличие в латуни других металлов и неметаллов оказывает влияние на обработку и пластичность сплава. Достигаемые таким образом свойства необходимы для лёгкости обтачивания и удаления стружки – не всякое изделие производят методом литья.

Латунь не ржавеет, детали из неё используются в условиях высокой относительной и абсолютной влажности окружающей среды. Проявляются характерные свойства, присущие медным изделиям: в относительно сухом воздухе появившаяся тончайшая оксидная плёнка защищает лежащие глубже слои от разложения, точно слой краски. После шлифовки и обточки латунь не окисляется и не чернеет. Однако она темнеет в условиях повышенной влажности, в присутствии некоторых солей и кислотных паров.

У сплава достаточно хорошая покрываемость лаком или краской. Это позволяет латуни обрести по-настоящему товарный вид – покупатель не сразу догадается, из чего сделана конкретная деталь.

Сплав обладает хорошими антифрикционными свойствами. Высока у латуни свариваемость со стальными сплавами и цветными металлами. Легко получить, к примеру, биметаллические детали, находящие применение в механике и электротехнике.

Золотистый цвет – как и у бронзы – используется при производстве предметов роскоши для интерьера.

А ещё латунь почти не магнитится из-за мизерного содержания железа и никеля: при помощи ручного магнита даже опытный специалист в этом плане не отличит её от цветных металлов.

Состав

Процентное содержание цинка и меди в латуни превосходит количество остальных компонентов, несколько изменяющих свойства данного сплава. Медь придаёт латуни дополнительную лёгкость в обработке. Существуют две структуры латуни.

Альфа фаза – состав, обладающий высокой стабильностью. Кристаллическая решётка латуни, принявшей состояние данной фазы, обладает гранецентрованной кубической формой. Такой сплав наиболее распространён из числа латунных составов.
Альфа-бета фаза – 3 части меди и 2 части цинка. Кристаллическая решётка обладает элементарными фрагментами.

Твёрдость второй фазы значительно превосходит первую. Но твёрдость и пластичность – взаимоисключаемые понятия. Если цинка в латуни примерно половина, то латунь делается почти белой. Чем больше цинка, тем твёрже латунный сплав – медь придаёт большую мягкость и пластичность сплаву.

Содержание в составе латуни свинца и висмута позволяет обработчику меньше деформировать изделие в нагретом состоянии. Свинец, введённый в состав в небольшом количестве, даст возможность получить легко осыпающиеся опилки, отчего те значительно легче удаляются с только что проточенной грани.

Наибольшее распространение получил томпак, использующийся при производстве деталей и некоторых ювелирных украшений. Цвет латунного сплава в данном случае выходит жёлтым или красноватым – по цвету легко определить, сколько цинка пущено в ход при выплавке.

Виды

Латунь классифицируется главным образом по химическому составу. Процентное содержание цинка, меди и иных металлических и неметаллических присадок в значительной мере определяет её конечные физические параметры. Так, почти белая латунь содержит до половины цинка.

Высокодеформируемый сплав содержит порядка 88% меди и 10% цинка, остальное – добавочные присадки. Это и есть так называемый томпак – данная модификация обладает приличными эксплуатационными качествами.

Существует ковкая латунь, идущая на изготовление кованых и антикварных вещей. Некоторые детали из неё покрывают хромом или никелем – никелированная или хромированная латунь выглядит красивее, так как внешне она не теряет своего оттенка, приданного при конечной обработке.

Текучесть латуни при нагревании и последующем расплавлении сплава позволяет отливать предметы с высокой степенью детализации.

В данном случае фрезерование предметов искусства не требуется.

Ювелирная латунь применяется для производства подвесок, колец, серёжек и других украшений. На латунь может быть нанесено золотое покрытие (позолота), что позволяет выдавать латунные украшения за настоящие золотые, не переплачивая при этом в десятки и сотни раз. Эта разновидность латуни применяется для производства корпуса наручных часов – как и ювелирные украшения, эти часы могут быть позолочены или посеребрены. Перед нанесением золота или серебра изделия предварительно полируют – полированная латунь блестит со всех сторон, а благородные металлы улучшат вид ювелирных изделий до идеального состояния.

Красная латунь содержит 10% и менее цинка. Применяется для изготовления статуэток, маленьких бюстов и другой мелкой скульптуры.

В механике – в качестве движущихся и неподвижных деталей машин и приспособлений – применяется литейная латунь. Благодаря относительно низкой плотности – всего 8,3 г/см3 – она применяется в функциональных узлах, которым облегчение пойдёт на пользу, в целях улучшения ходовых качеств. Сплав содержит 50-81% меди, а количество сторонних технологических присадок увеличено до 2-3%.

Детали, производимые из литейной латуни, применяются в машинах и механизмах всевозможных технических устройств, а также в составе функциональных модулей и блоков современных кораблей и судов. Литейный сплав – главный компонент запорной арматуры: краны, задвижки, вентили, для которых температура эксплуатации не превысит 250 градусов. Некоторые подшипники изготавливаются не из стали, а из латуни – в основном, те, на которые не ложится повышенная нагрузка.

Автоматная латунь используется в точной механике. Содержание меди составляет 57-75% меди, цинка – 24-42%, свинца – 0,3-0,8%. Автоматный латунный сплав обрабатывается на высокоточных и высокопроизводительных станках.

Один из технических сплавов, применяемый для производства метизов или элементов для украшения интерьера, обладает похожими на автоматную латунь свойствами. Такие заготовки бывают в виде прутьев и листов. Первые обрабатываются на токарном станке, вторые фрезеруются и/или штампуются.

Альфа-сплав характеризуется массовой долей цинка не более 35%. За счёт нестандартной кристаллической решётки, определяющей внутреннее строение, сплав имеет немалую пластичность.

Эта модификация латуни идеально подходит для штампования изделий.

Двухкомпонентная

Латунный сплав, содержащий в основном только медь и цинк, обладает лишь небольшим, следовым количественным содержанием иных примесей. Чистая двухкомпонентная латунь – явление, встречающееся лишь в лабораториях. Цинк растворяется в меди при 20-25 градусах на 39%. При нагреве вплоть до 950°, когда сплав становится жидким, растворимость цинка в меди падает до 32%. Попытки растворить больше цинка при этих же 95 градусах приведёт к переходу латуни из альфа в бета-фазу: лишний цинк либо начнёт осаждаться, либо останется неравномерно взвешенным, из-за чего отлитая из бета-латуни заготовка сломается при первой же серьёзной механической (весовой) нагрузке.

Однако поведение латуни при постепенном увеличении концентрации в сплаве цинка не вполне обычно и закономерно. Пока цинка в сплаве не больше 32%, пластичность состава растёт. Но при переходе через 32% при 950 градусах – и при последующем застывании – возрастают хрупкость и твёрдость. После перехода 45%-й планки по цинку твёрдость и прочность отлитой заготовки резко упадут.

Латунь хорошо обрабатывается при помощи повышенного давления. Но при 300-700 градусах сплав становится излишне хрупким, и в данном промежутке латунь не обрабатывается таким способом.

Холодная обработка двухкомпонентного сплава производится при содержании цинка в нём до 32%. Так получают листовые, проволочные и профильные заготовки. При комнатной температуре такой сплав высокопластичен. Уменьшение пластичности при 300-700 градусах не позволяет получить горячекатаные изделия – для таких содержание цинка потребовалось бы увеличить до 39%.

Маркировка двухкомпонентной латуни выглядит следующим образом. Например, Л-80 – это примерно 80% меди и 20% цинка. Маркер-число указывает на весовой процент меди в составе сплава.

Многокомпонентная

Марки многокомпонентных латунных сплавов обладают большей численностью, чем сорта двухкомпонентных. Помимо меди и цинка, легирование осуществляется при помощи других составляющих. Простая номенклатура предполагает, что латунь, к примеру, дополненная примесями на основе железа и марганца, именуется железно-марганцевой. У алюминиевой, например, присутствует соответствующее наименование.

Маркировка многокомпонентных составов более сложна.

Например, ЛАЖМц66-6-3-2 содержит 66% меди, 6% алюминия, 3% железа и 2% марганца. Цинк здесь присутствует в количестве 23%. Цинк не указывается в наименовании: его подсчитывают по остатку в результате вычитания меди и легирующих присадок. В качестве добавок применяют, кроме железа, алюминия и марганца, кремний, свинец и никель. Будучи добавленными в разном процентном соотношении, они существенно изменяют свойства сплава.

Так, если добавлен марганец, прочность и устойчивость к окислению изделий из латуни заметно возрастает. Смешение с оловом, алюминием и железом приведёт к тому, что данное качество усилится дополнительно.
Благодаря олову возрастёт не только прочность, но и сопротивляемость к окислению в морской воде. Дело в том, что эта вода содержит соли, которые при обычных условиях разъели бы железо и медь ещё быстрее, чем в обстановке, отличной от морского климата. Оловосодержащая латунь называется «морской».
Никель отличается своей способностью образовывать окисную плёнку на любых сплавах, стойкую к разрушению. Это делает латунь менее подверженной к разъеданию в условиях высокой влажности.
Свинец облегчает обработку, но ухудшает прочность деталей из латунных сплавов. Ковкость латуни со свинцом значительно возрастает. Содержание его в латуни не превышает 2% – так получают автоматную латунь, получившую название из-за того, что производство деталей и комплектующих основано на производстве при помощи автоматизированных станков.
Кремний, хотя и снижает прочность и твёрдость, в сочетании со свинцом он способствует преждевременному истиранию подшипниковых наборов.
Олово – в отдельности – благодаря антиокислительным свойствам латуни в солёной воде позволяет применять этот сплав в судостроении.

Латунь проявляет неплохую стойкость в растворах органических кислот и солей на их основе. Количество и процентное соотношение легирующих добавок, за исключением олова, не оказывает дополнительное влияние на сплав на данном уровне.

Как отличить от других металлов?

О том, как отличить латунь от других цветнометаллических сплавов, знает каждый работник пункта приёма металлического лома. Если он не владеет этой информацией, его работа в качестве приёмщика может нанести убытки предприятиям, которые специализируются на переплавке, переработке разнообразного втормета.

Если от стали латунь отличит даже школьник, не обладающий опытом в обработке металлов и их сплавов, то отличить, к примеру, от бронзы, стали с добавлением кобальта латунный сплав гораздо сложнее.

Этим пользуются недобросовестные продавцы, отпуская, скажем, вместо анодированных стальных гаек и болтов чисто бронзовые и латунные. Желтоватый оттенок латуни зависит от содержания цинка и других присадок в ней. При попытке закрутить саморез из цветмета в предварительно просверленное в стальном листе или отрезке профиля отверстие, данный крепёжный элемент попросту свернётся набок. При закручивании в дерево латунного самореза шлиц легко повреждается отвёрткой или битой шуруповёрта, и элемент однозначно пойдёт на выброс.

Отличие латуни от меди заключается в следующем. Медь мягче латуни – она легко перекусывается кусачками и ножницами по металлу. Чистая медь имеет красноватый цвет, характерный для неё. Высокое содержание в латуни меди, однако, способно запутать даже достаточно опытного пользователя.

Чтобы понять, что перед вами латунь, а не медь, бросьте деталь о землю или ударьте по ней молотком. Латунь издаст звонкий звук, а медь – более глухой. Проверка эта нужна, чтобы не спутать одинаковые массивные детали, содержащие килограммы металла или сплава.
Осмотрите, какой на детали маркер от завода-изготовителя (если он есть). Латунь помечается первой буквой Л, а медь, соответственно, М.
Если опознавательного обозначения нет, то попробуйте поцарапать изделие монетой в 10 или 50 копеек. На меди останется значительная, легко различимая борозда, чего не скажешь о латуни.
Наконец, убедитесь, что перед вами – конкретное изделие. Так, струна или электромонтажные провода изготавливают из меди. Латунными могут оказаться комплектующие мебели, фурнитура окон и дверей, некоторая посуда и часть инструментов, детали машин (например, переходники для трубопроводов).

Отличия от бронзы состоят в следующем.

Латунь – золотисто-жёлтая, бронза – коричневато-красная.
Латунь легче бронзы. Олово значительно тяжелее цинка – а оно, в свою очередь, является вторым главным компонентом бронзы, наряду с медью. Бронза значительно тяжелее меди.
Некоторые бронзовые изделия притягиваются магнитом, если в сплаве имеется высокое содержание железа и никеля.
Латунная чашка при воздействии на неё раствором кислоты не даёт осадка, чего не скажешь о бронзе.
Попытка сварить латунь приведёт к образованию беловатого дыма. Бронза не даёт такой реакции на электросварочную дугу.

Опытные металлисты могут по цвету с большой достоверностью опознать латунь и бронзу, надточив изделие или его деталь напильником в любом месте.

Разница между бронзой и латунью слишком существенна, чтобы её не заметить.

Сферы применения

Состав латуни окончательно определяет, на изготовление чего именно её целесообразно пустить.

Так, томпак с 90% меди пускают на би- и полиметаллические изделия. Характерный пример – биметаллические пластины в выключателях электрочайников, отщёлкивающихся самостоятельно при температуре пара начавшей выкипать воды более 100 градусов.
Золотистая (декоративная) латунь, не отличимая по виду от 595-й пробы золота, идёт на изготовление серёжек и цепочек, браслетов часов и т. д. Украшения золотят или серебрят после формовки. Изразцы, элементы художественной ковки, комплектующие мебели анодируют (например, оцинковывают, хромируют, никелируют и т. д.) либо красят лаком или краской не вполне обычного оттенка.
Латунный переходник можно приварить к стальному трубопроводу. Однако сварить простейшим инвертором – с помощью обычных электродов – эти две детали затруднительно. Здесь используется более профессиональная сварка. Области применения таких переходников: газо- и водоснабжение, системы с капиллярными трубками и т. д.
Литейная латунь применяется для изготовления несущих конструкций. Это может быть, например, Ш-образный профиль для раздвижных стеклянных дверец мебели, правда, стоит он дороже алюминиевого.
Автоматная латунь идёт на производство крепежа, листов и профиля. Скоростная обработка выводит производство данной продукции на поистине массовый уровень.
Латунный сплав проводит ток, как и бронза. Латунь применяют для гильзования соединений проводов и кабелей – для этого используют более мягкие и пластичные сорта латуни. Коррозионная стойкость здесь также важна – контакты не должны окисляться, приводя к искрению под нагрузкой электрической линии.